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新电极设计提高氢燃料电池性能

发布日期: 2019-04-18
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据国外网站报道:来自韩国科学技术院(Kaist)研究团队提出了一种理想的电极设计,该电极可以有效提高高温燃料电池的性能。新的分析平台采用先进的纳米图案化方法,定量地揭示了金属纳米粒子分散在氧化物电极上的电化学价值,从而引导了电极设计方向。 

该团队在WooChul Jung教授和材料科学与工程系的Sang Ouk Kim教授的领导下,对金属纳米粒子促进的氧化物电极的反应性进行了精确分析,在他们的模型中,假设所有粒子参与反应。他们探索了金属催化剂如何在二氧化铈基电极表面上激活氢的电化学氧化,并量化反应速率随适当选择金属的速度增加的速度。

直径小于等于10纳米的金属纳米粒子已成为高性能多相催化剂的关键组成部分。最近的实验和理论结果表明,优化金属和支撑界面的化学性质对于提高性能至关重要。

然而,与电池制造和操作相关的高成本以及金属纳米粒子在高温下的稳定性较差,这一直是一个长期的挑战。为了解决这个问题,研究小组使用了金属纳米图案化技术,该技术使用嵌段共聚物自组装纳米模板,并成功地在氧化物燃料电池电极表面均匀合成了尺寸为10纳米的金属颗粒。他们还开发了一种技术,能够准确分析高温下单个颗粒的催化剂特性,并以最少的催化剂用量最大限度地提高燃料电池的性能。

该研究小组证实,燃料电池中常用金属催化剂铂即使在300纳克的数量下,其燃料电池性能也可提高21倍,其成本仅为0.015韩元。

该团队定量识别并比较了除铂以外广泛使用的金属催化剂的特性,如钯、金和钴,并通过理论分析阐明了催化剂性能的精确原理。

这项研究已作为自然纳米技术的封面文章发表。这项研究是通过韩国国家研究基金会纳米材料技术开发项目的支持进行的。

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